CN101261430B - 照明系统 - Google Patents

Abstract

一种照明系统，包括第一积分元件、第一分光元件、第二分光元件、第一光源以及第二光源。其中，第一积分元件具有相对的第一入光端与第一出光端，而第一分光元件设置在第一入光端附近的一部分，第二分光元件设置在第一入光端附近的另一部分。第一分光元件、第二分光元件以及第一入光端是沿三角形轨迹排列。第一光源适于发出第一色光，第二光源适于第二色光。第一分光元件适于使第一色光通过并将第二色光的一部分反射至第一入光端，而第二分光件适于使第二色光通过并将第一色光的一部份反射至第一入光端。

Description

照明系统

技术领域

本发明涉及一种照明系统(illumination system)，尤其涉及一种适用于投影装置的照明系统。

背景技术

请参照图1，公知的照明系统100是由第一集光模块110、第二集光模块120以及二向色反射镜(dichroic mirror)130所组成。第一集光模块110是由光源112、积分柱(rod integrator)114以及透镜116所组成，而第二集光模块120是由光源122、积分柱124以及透镜126所组成。光源112适于发出第一色光113，而第一色光113在经过积分柱114与透镜116后会传递至二向色反射镜130；光源122适于发出第二色光123，而第二色光123在经过积分柱124与透镜126后会传递至二向色反射镜130。二向色反射镜130可以使第一色光113通过，并反射第二色光123，以使第一色光113与第二色光123合并。

由于集光模块110、120中的元件较多，所以会占用较大的空间，因而导致照明系统100的整体体积过大。此外，由于在这种设计和安排中，二向色反射镜130的折射率与反射率会随着光入射的角度不同而变化，导致第一色光113与第二色光123经过二向色反射镜130后的均匀性不一致。因此，应用公知的照明系统100的投影装置，其所投影出的画面会有均匀性不佳的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种照明系统，以改善公知的照明系统的整体体积过大的问题。

本发明的另一目的是提供一种照明系统，以改善公知的照明系统所提供的各色光的均匀性不佳的问题。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。

为实现上述的部分或全部目的或者是其它目的，本发明提出一种照明系统，包括第一积分元件、第一光源、第二光源、第一分光元件以及第二分光元件。其中，第一积分元件具有相对的第一入光端与第一出光端以及连接到第一入光端与第一出光端之间的多个侧壁。这些侧壁中的一个具有第一入射区，并且第一入射区邻近第一入光端。此外，第一光源设置在第一入光端附近，并且适于朝向第一入光端发出第一色光，而第二光源设置在第一入射区附近，并且适于朝向第一入射区发出第二色光。另外，第一分光元件设置在第一积分元件内，并且位于第一色光与第二色光的传递路径上。第一分光元件适于使第一色光通过，并反射第二色光以使第二色光朝第一出光端传递。第二分光元件位于第一分光元件与第二光源之间，并且覆盖第一入射区。第二分光元件适于使第二色光通过，并反射第一色光。

在本发明中，由于第一光源和第二光源所提供的第一色光和第二色光可以不经由任何聚光元件即可进入第一积分元件内合光，所以能有效降低照明系统的整体体积。此外，第一色光和第二色光会在第一积分元件内均匀化，所以可以改善公知技术中各色光的均匀性不一致的问题。

为使本发明的上述和其它目的、特征和优点可以更加明显易懂，下文将例举优选实施例，并参照附图进行如下的详细说明。

附图说明

图1是公知的照明系统的示意图；

图2A是本发明第一实施例的照明系统的示意图；

图2B是本发明第一实施例的又一照明系统的示意图；

图3是本发明第一实施例的另一照明系统的示意图；

图4A是本发明第二实施例的照明系统的示意图；

图4B是本发明第二实施例的另一照明系统的示意图；

图4C是本发明第二实施例的又一照明系统的示意图；

图5是本发明第二实施例的另一照明系统的示意图；

图6A是本发明第三实施例的照明系统的示意图；

图6B是本发明第三实施例的另一照明系统的示意图；

图7是本发明第三实施例的另一照明系统的示意图；

图8是本发明第四实施例的照明系统的示意图；

图9是本发明第四实施例的另一照明系统的示意图。

具体实施方式

下列各实施例的说明是参考附图进行的，用以举例说明本发明可用于实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来进行说明的，而非用来限制本发明。

第一实施例

请参照图2A，本实施例的照明系统200包括第一积分元件(integrator)210、第一分光元件220、第二分光元件230、第一光源240以及第二光源250。其中，第一积分元件210具有相对的第一入光端212与第一出光端214，而第一分光元件220设置在第一入光端212附近的一部分，第二分光元件230设置在第一入光端212附近的另一部分。第一分光元件220、第二分光元件230以及第一入光端212是沿三角形轨迹排列。第一光源240邻近第一分光元件220设置，并适于朝向第一分光元件220发出第一色光242，第二光源250邻近第二分光元件230设置，并适于朝向第二分光元件230发出第二色光252。第一分光元件220适于使第一色光242通过并将第二色光252的一部分反射至第一入光端212，而第二分光元件230适于使第二色光252通过并将第一色光242的一部分反射至第一入光端212。在本实施例中，第一积分元件210可以是积分柱或小透镜积分器(lensletintegrator)。

第一光源240和第二光源250分别包括至少一个点光源，并且第一光源240的点光源的发光颜色与第二光源250的点光源的发光颜色不同。点光源可以是发光二极管(LED)。此外，在第一光源240和第二光源250分别包括多个点光源的情况下，第一光源240的点光源的发光颜色可以相同或不同，而第二光源250的点光源的发光颜色也可以相同或不同。另外，第一光源240和第二光源250可以同时发光或不同时发光，并且在第一光源240和第二光源250中，颜色相同的点光源例如是同时发光，而颜色不同的点光源可以同时发光或不同时发光。举例来说，第一光源240可以包括多个绿光发光二极管，而第二光源250可以包括至少一个蓝光发光二极管与至少一个红光发光二极管，并且绿光发光二极管、蓝光发光二极管以及红光发光二极管可以同时发光或者轮流发光。

在本实施例中，第一分光元件220和第二分光元件230例如为二向色反射镜，而第一光源240和第二光源250例如是分别设置在第一分光元件220和第二分光元件230上。第一光源240所发出的第一色光242通过第一分光元件220后，一部分的第一色光242会直接进入第一积分元件210内，而另一部分的第一色光242会经由第二分光元件230的反射而进入第一积分元件210内；第二光源250所发出的第二色光252通过第二分光元件230后，一部分的第二色光252会直接进入第一积分元件210内，而另一部分的第二色光252会经由第一分光元件220的反射而进入第一积分元件120内。接着，第一色光242和第二色光252会在第一积分元件210内合并，并自第一出光端214射出。

由于第一分光元件220和第二分光元件230可以分别将未直接进入第一积分元件210的部分第一色光242和部分第二色光252反射至第一积分元件210内，因此可以减少光损失，从而提高集光效率。此外，与公知的照明系统100相比，本实施例的照明系统200的架构较为精简，所以整体体积可大幅缩减。另外，第一色光242和第二色光252经过第一分光元件220和第二分光元件230后会在第一积分元件210内均匀化，所以可以改善公知技术中各色光的均匀性不一致的问题。因此，应用本实施例的照明系统200的投影装置，其所投影出的画面的均匀性较佳。

值得注意的是，虽然上述的第一分光元件220和第二分光元件230是以二向色反射镜为例，但在本实施例中第一分光元件和第二分光元件也可以是涂布在三棱镜280(如图2B所示)上的涂层。更详细地说，三棱镜280设置在第一入光端212处，而第一分光元件220’和第二分光元件230’是位于三棱镜280的两表面上的涂层。

请参照图3，与图2A的照明系统200相比，本实施例的照明系统200a还包括第二积分元件260和第三积分元件270。第二积分元件260具有相对的第二入光端262与第二出光端264，而第一光源240位于第二入光端262处，并且第一分光元件220位于第二出光端264处。第三积分元件270具有相对的第三入光端272与第三出光端274，而第二光源250位于第三入光端272处，并且第二分光元件230位于第三出光端274处。

由于第一色光242和第二色光252可以先分别经由第二积分元件260和第三积分元件270均匀化后再经由第一积分元件210均匀化，因此可进一步提高第一色光242和第二色光252的均匀性。

在本实施例中，第一积分元件210、第二积分元件260以及第三积分元件270可以是实心积分柱或空心积分柱。此外，第一积分元件210、第二积分元件260以及第三积分元件270也可以是锥形柱体(taper rod)。

第二实施例

请参照图4A，本实施例的照明系统300包括第一积分元件310、第一光源320、第二光源330、第一分光元件340以及第二分光元件350。其中，第一积分元件310具有相对的第一入光端312和第一出光端314以及连接在第一入光端312与第二入光端314之间的多个侧壁316。这些侧壁316中的一个具有第一入射区317，并且第一入射区317邻近第一入光端312。此外，第一光源320设置在第一入光端312附近，并且适于朝向第一入光端312发出第一色光322，而第二光源330设置在第一入射区317附近，并且适于朝向第一入射区317发出第二色光332。另外，第一分光元件340设置在第一积分元件310内，并且位于第一色光322和第二色光332的传递路径上。第一分光元件340适于使第一色光322通过，并反射第二色光332以使第二色光332朝第一出光端314传递。第二分光元件350位于第一分光元件340与第二光源330之间，并且位于第一入射区317，在本实施例中，第一入射区317为第一开口，并且第二分光元件350覆盖第一开口。第二分光元件350适于使第二色光332通过，并反射第一色光322。

第一光源320和第二光源330与第一实施例的第一光源240和第二光源250相同，在此将不再重述。此外，第一分光元件340和第二分光元件350例如为二向色反射镜。

在本实施例中，第一色光322通过第一分光元件340后会与被第一分光元件340反射的第二色光332合并，并从第一积分元件310的出光端314射出。其中，由于位于第一入射区317的第二分光元件350可以将第一色光322反射，所以能防止第一色光322从第一入射区317射出而造成光损失。因此，照明系统300具有较高的集光效率。此外，与公知的照明系统100相比，本实施例的照明系统300的架构较为精简，所以整体体积可大幅缩减。另外，第一色光322和第二色光332经过第一和第二分光元件340、350后会在第一积分元件310内均匀化，所以可以改善公知技术中各色光的均匀性不一致的问题。因此，应用本实施例的照明系统300的投影装置，其所投影出的画面的均匀性较佳。

另外，在本实施例中，是以第一开口作为第二色光332的第一入射区317。但当第一积分元件为实心积分柱时(如图4B的第一积分元件310a所示)，第一积分元件310a不需提供第一开口，第二色光332即可从第一入射区317位置处进入第一积分元件310a。而第二分光元件350可以结合于第一入射区317或在第一入射区317涂布分光镀膜作为第二分光元件350。上述的第一积分元件310a包括柱体311和两个三棱镜313、315。三棱镜313与柱体311相接，并且三棱镜313与三棱镜315组成立方体，而第一分光元件340a是涂布在三棱镜313与三棱镜315的交接面的涂层。另外，如同第一实施例，第一积分元件310可以用其它类型的积分元件来代替，例如小透镜积分器。

请参照图4C，在本实施例中，照明系统可以还包括设置在第一光源320与第一入光端312之间的第二积分元件302。第二积分元件302具有相对的第二入光端302a与第二出光端302b，而第一光源320设置在第二入光端302a处，并且第二出光端302b邻接第一入光端312。此外，照明系统可以还包括设置在第二光源330与第二分光元件350之间的第三积分元件304。该第三积分元件304具有相对的第三入光端304a与第三出光端304b，而第二光源330设置在第三入光端304a处，并且第三出光端304b邻接第一入射区317。

在图4A中，第一分光元件340和第二分光元件350除了可以是二向色反射镜外，还可以是涂布在棱镜上的涂层。以下将参考附图进行说明。请参照图5，在照明系统300a中，第一分光元件340a和第二分光元件350a是涂布在第一棱镜360的两表面上的涂层。更详细地说，设置在第一积分元件310内的第一棱镜360是由两个三棱镜362、364相接而成，其中第一棱镜360具有邻接第一入光端312的第一表面361和邻接第一入射区317的第二表面363。第二分光元件350a是位于第二表面363上的涂层，而第一分光元件340a是位于三棱镜362与三棱镜364的交接处的涂层。

第三实施例

请参照图6A，本实施例的照明系统300b与图4A的照明系统300相似，以下仅针对其差异处进行说明。与照明系统300相比，照明系统300b的第一积分元件310b还具有第二入射区318，而照明系统300b还包括第三光源370、第三分光元件380和第四分光元件390。第三光源370设置在第二入射区318附近，并且适于朝向第二入射区318发出第三色光372。此外，第三分光元件380设置在第一积分元件310b内，并且位于第一色光322、第二色光332以及第三色光372的传递路径上。第三分光元件380适于使第一色光322和第二色光332通过，并反射第三色光372以使第三色光372朝第一出光端314传递。另外，第四分光元件390位于第三分光元件380与第三光源370之间，并且位于第二入射区318，在本实施例中，第二入射区318为第二开口，第四分光元件390覆盖第二开口。该第四分光元件390适于使第三色光372通过，并反射第一色光322和第二色光332。

第三分光元件380和第四分光元件390例如是二向色反射镜。第三光源370包括至少一个点光源，并且在第三光源370包括多个点光源的情况下，第三光源370的点光源的发光颜色可以相同或不同。此外，在一个实施例中，第一色光322、第二色光332以及第三色光372可以分别是红光、绿光和蓝光中的一个。

如同第二实施例，在本实施例中，第一开口是作为第二色光332的第一入射区317，第二开口是作为第三色光372的第二入射区318。如果第一积分元件310b为实心积分柱，则第一积分元件310不需提供第一开口和第二开口，第二色光332即可从相同于例如图6A的第一开口位置处进入第一积分元件310b，第三色光372即可从相同于例如图6A的第二开口位置处进入第一积分元件310b，而第二分光元件350可以结合于第一入射区317或在第一入射区317涂布分光镀膜作为第二分光元件350，第四分光元件390可以结合于该第二入射区318或在第二入射区318涂布分光镀膜作为第四分光元件390。另外，如同第一实施例，第一积分元件310b可以用其它类型的积分元件来代替，例如小透镜积分器。

在实施例中，第一色光322和第二色光332通过第三分光元件380后会与被第三分光元件380反射的第三色光372合并，并从第一积分元件310b的出光端314射出。由于位于第二入射区318的第四分光元件390可以将第一色光322和第二色光332反射，所以能防止第一色光322和第二色光332从第二入射区318射出而造成光损失。因此，照明系统300b具有较高的集光效率。此外，与照明系统300相比，照明系统300b具有三个光源，所以能提供能量更高的光束。

值得注意的是，虽然在图6A中第一入射区317和第二入射区318位于同一侧壁316上，但第一入射区317和第二入射区318也可以位于相对的两侧壁316上。此外，与第二实施例中所述相似，照明系统可以还包括第二积分元件302、第三积分元件304以及第四积分元件306(如图6B所示)，其中第二积分元件302和第三积分元件304的位置请参照第二实施例中所述，在此将不再重述。另外，第四积分元件306设置在第三光源370与第四分光元件390之间，并且具有相对的第四入光端306a与一第四出光端306b。第三光源370设置在第四入光端306a处，并且第四出光端306b邻接第二入射区318。

第一分光元件340、第二分光元件350、第三分光元件380以及第四分光元件390除了可以是二向色反射镜外，还可以是涂布在棱镜上的涂层。以下将参考附图进行说明。请参照图7，在照明系统300c中，第一分光元件340a和第二分光元件350a是涂布在第一棱镜360的两表面上的涂层，而第三分光元件380a和第四分光组件390a是涂布在第二棱镜360a的两表面上的涂层。在此，由于第一棱镜360与第二实施例的第一棱镜360相同，所以以下仅针对第二棱镜360a作详细的说明，而有关于第一棱镜360的详细说明请参照第二实施例所述。在照明系统300c中，设置在第一积分元件310b内的第二棱镜360a是由两个三棱镜362a、364a相接而成，其中第二棱镜360a具有邻接第二入射区318的表面363a。第四分光元件390a是位于表面363a上的涂层，而第三分光元件380a是位于三棱镜362a与三棱镜364a的交接处的涂层。

第四实施例

请参照图8，本实施例的照明系统300d与图6A的照明系统300b相似，其不同处在于照明系统300d的第一积分元件310d的第二入射区318是与第一入射区317相对，并且第一分光元件340与第三分光元件380相交叉。此外，照明系统300d的优点与照明系统300b相似，在此将不再重述。

在照明系统300d中，第一分光元件340、第二分光元件350、第三分光元件380以及第四分光元件390还可以是涂布在棱镜上的涂层。以下将参考附图进行说明。请参照图9，在照明系统300e的第一积分元件310d内设置有X棱镜360b。X棱镜360b具有邻接第一入光端312的第一表面361b、邻接第一入射区317的第二表面363b和邻接第二入射区318的第三表面365b。第二分光元件350a和第四分光元件390a是分别位于第二表面363b和第三表面365b上的涂层，而第一分光元件340a和第三分光元件380a是位于X棱镜360b内的交叉的两表面上的涂层。

综上所述，本发明的照明系统至少具有下列优点之一：

1.由于各光源所提供的各色光可以不经由任何聚光元件即进入第一积分元件内合光，所以本发明的照明系统的架构较为精简，因而能有效缩减整体体积。

2.各色光通过分光元件后会在第一积分元件内均匀化，所以可以改善公知技术中各色光的均匀性不一致的问题。因此，应用本发明的照明系统的投影装置，其所投影出的画面的均匀性较佳。

3.在各光源与第一积分元件之间可以增设积分元件，以进一步提高各色光的均匀性。

4.本发明的照明系统可以包括三个光源，所以可以提供能量更高的光束。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，但是其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求的界定为准。另外本发明的任一实施例或权利要求无须实现本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (18)

1.一种照明系统，包括：

第一积分元件，具有相对的第一入光端与第一出光端以及连接到该第一入光端与该第一出光端之间的多个侧壁，而该些侧壁中的一个具有第一入射区，并且该第一入射区邻近该第一入光端；

第一光源，设置在该第一入光端附近，并且该第一光源适于朝向该第一入光端发出第一色光；

第二光源，设置在该第一入射区附近，并且该第二光源适于朝向该第一入射区发出第二色光；

第一分光元件，设置在该第一积分元件内，并且位于该第一色光和该第二色光的传递路径上，其中该第一分光元件适于使该第一色光通过并反射该第二色光，以使该第一色光和第二色光朝该第一出光端传递；以及

第二分光元件，位于该第一分光元件与该第二光源之间，并且位于该第一入射区附近，其中该第二分光元件适于使该第二色光通过并反射该第一色光。

2.如权利要求1所述的照明系统，其中该第一分光元件和该第二分光元件为二向色反射镜。

3.如权利要求1所述的照明系统，还包括由两个三棱镜相接而成的第一棱镜，其中该第一棱镜设置在该第一积分元件内，并且具有邻接该第一入光端的第一表面和邻接该第一入射区的第二表面，而该第二分光元件是位于该第二表面上的涂层，该第一分光元件是位于所述三棱镜的交接处的涂层。

4.如权利要求1所述的照明系统，其中该第一光源和该第二光源分别包括至少一个点光源。

5.如权利要求1所述的照明系统，还包括具有相对的第二入光端与第二出光端的第二积分元件，而该第一光源设置在该第二入光端处，并且该第二出光端邻接该第一入光端。

6.如权利要求1所述的照明系统，还包括具有相对的第三入光端与第三出光端的第三积分元件，而该第二光源设置在该第三入光端处，并且该第三出光端邻接该第一入射区。

7.如权利要求1所述的照明系统，其中该第一积分元件还具有第二入射区，而该照明系统还包括：

第三光源，设置在该第二入射区附近，并适于朝向该第二入射区发出第三色光；

第三分光元件，设置在该第一积分元件内，并且位于该第一色光、该第二色光以及该第三色光的传递路径上，其中该第三分光元件适于使该第一色光和该第二色光通过并反射该第三色光，以使该第一色光、该第二色光以及该第三色光朝该第一出光端传递；以及

第四分光元件，位于该第三分光元件与该第三光源之间，并且位于该第二入射区，其中该第四分光元件适于使该第三色光通过并反射该第一色光和该第二色光。

8.如权利要求7所述的照明系统，其中该第一入射区和该第二入射区位于该第一积分元件的同一侧壁上。

9.如权利要求7所述的照明系统，其中该第一入射区和该第二入射区位于该第一积分元件的相对的两侧壁上。

10.如权利要求9所述的照明系统，其中该第二入射区与该第一入射区相对，并且该第一分光元件和该第三分光元件为二向色反射镜，并且第一分光元件与该第三分光元件相交叉。

11.如权利要求9所述的照明系统，其中该第二入射区与该第一入射区相对，并且该照明系统还包括设置在该第一积分元件内的X棱镜，该X棱镜具有邻接该第一入光端的第一表面、邻接该第一入射区的第二表面以及邻接该第二入射区的第三表面，而该第二分光元件和该第四分光元件是分别位于该第二表面和该第三表面上的涂层，而该第一分光元件和该第三分光元件是位于该X棱镜内的交叉的两表面上的涂层。

12.如权利要求7所述的照明系统，其中该第三分光元件和该第四分光元件为二向色反射镜。

13.如权利要求7所述的照明系统，还包括由两个三棱镜相接而成的第二棱镜，其中该第二棱镜设置在该第一积分元件内，并且具有邻接该第二入射区的表面，而该第四分光元件是位于该表面上的涂层，该第三分光元件是位于所述三角棱镜的交接处的涂层。

14.如权利要求7所述的照明系统，其中该第三光源包括至少一个点光源。

15.如权利要求7所述的照明系统，还包括具有相对的第四入光端与一第四出光端的第四积分元件，而该第三光源设置在该第四入光端处，并且该第四出光端邻接该第二入射区。

16.如权利要求7所述的照明系统，其中该第一入射区为第一开口，该第二入射区为第二开口。

17.如权利要求16所述的照明系统，其中该第二分光元件覆盖该第一开口，该第四分光元件覆盖该第二开口。

18.如权利要求7所述的照明系统，其中该第一积分元件为实心积分柱，该第一入射区的分光镀膜为该第二分光元件，该第二入射区的分光镀膜为该第四分光元件。

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